Ερευνητές Ανακαλύπτουν Νέο Τρόπο Υπολογισμού με Υγρή Κρυστάλλου

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου Pritzker Σχολή Μοριακής Μηχανικής έχουν δείξει πώς να σχεδιάσουν τα βασικά στοιχεία που χρειάζονται για λογικές επιχειρήσεις με ένα υλικό που ονομάζεται υγρή κρυστάλλου. Η νέα ανάπτυξη είναι η πρώτη του είδους της και μπορεί να οδηγήσει σε einen νέο τρόπο εκτέλεσης υπολογισμών.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Science Advances.

Ενώ η νέα τεχνική δεν θα οδηγήσει σε τρανζίστορ ή υπολογιστές αμέσως, μπορεί να πάει ένα μεγάλο μέρος του δρόμου για τη δημιουργία συσκευών με νέες λειτουργίες σε υπολογιστές, αισθητήρες και ρομποτική.

Ο Juan de Pablo είναι καθηγητής της οικογένειας Liew στη Μοριακή Μηχανική και ανώτερος ερευνητής στο Argonne Εθνικό Εργαστήριο. Είναι επίσης ο ανώτερος συγγραφέας της έρευνας.

“Δείξαμε ότι μπορείτε να δημιουργήσετε τα στοιχειώδη κτίσματα ενός κυκλώματος — πύλες, ενισχυτές και αγωγοί — που σημαίνει ότι θα πρέπει να μπορείτε να τα συναρμολογήσετε σε διατάξεις που μπορούν να εκτελέσουν πιο σύνθετες επιχειρήσεις,” είπε ο Juan de Pablo. “Είναι ένα πραγματικά ενθουσιώδες βήμα για το πεδίο των ενεργών υλικών.”

Υγρή Κρυστάλλου

Η έρευνα επικεντρώθηκε έντονα σε ένα είδος υλικού που ονομάζεται υγρή κρυστάλλου. Μια από τις μοναδικές ιδιότητες της υγρής κρυστάλλου είναι ότι τα μόριά της είναι συνήθως επιμηκυσμένα και υιοθετούν μια κάπως τακτοποιημένη δομή όταν είναι συσκευασμένα μαζί. Ωστόσο, αυτή η δομή μπορεί να μετατοπιστεί γύρω από παρόμοια με υγρό, και οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν μοναδικές ιδιότητες όπως αυτή για να δημιουργήσουν νέες τεχνολογίες.

Η διαφορετική μόρια τάξη σημαίνει ότι υπάρχουν σημεία σε όλα τα υγρή κρυστάλλου όπου οι τακτοποιημένες περιοχές μπορούν να έρθουν σε επαφή με το ένα το άλλο.既然 οι προσανατολισμοί τους δεν ταιριάζουν απόλυτα, οι επιστήμονες το ονομάζουν “τοπολογικές ελαττώματα” και τα σημεία κινούνται γύρω καθώς η υγρή κρυστάλλου κινούνται επίσης.

Η ομάδα των επιστημόνων εξετάζει αν αυτά τα ελαττώματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να μεταφέρουν πληροφορίες. Με αυτό που έχει πει, η δημιουργία τεχνολογίας από αυτά θα απαιτούσε τη δυνατότητα να τα μετακινήσουν γύρω από το σημείο που θέλουν, και ήταν εξαιρετικά δύσκολο να ελέγξουν τη συμπεριφορά τους μέχρι τώρα.

“Συνήθως, αν κοιτάξετε μέσα από ένα μικροσκόπιο σε ένα πείραμα με ενεργό υγρή κρυστάλλου, θα δείτε πλήρη χάος — ελαττώματα μετατοπίζονται γύρω σε όλα τα μέρη,” είπε ο Juan.

Η Βελτίωση

Η βελτίωση ήρθε το προηγούμενο έτος με ένα έργο στο εργαστήριο του Pablo με επικεφαλής τον Rui Zhang, ο οποίος ήταν μεταδιδακτορικός ερευνητής στη Σχολή Μοριακής Μηχανικής Pritzker. Εργάστηκε μαζί με το εργαστήριο του καθηγητή Margaret Gardel από το UChicago και το εργαστήριο του καθηγητή Zev Bryant από το Stanford.

Η ομάδα ανακάλυψε einen σύνολο τεχνικών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο των τοπολογικών ελατωμάτων. Αν έλεγχαν πού έβαζαν ενέργεια στη υγρή κρυστάλλου, το οποίο έγινε με το να φωτίζουν συγκεκριμένες περιοχές, τα ελαττώματα θα μπορούσαν να οδηγηθούν σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις.

“Αυτά έχουν πολλές από τις ιδιότητες των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα — μπορούμε να τα μετακινήσουμε σε μεγάλες αποστάσεις, να τα ενισχύσουμε και να τα κλείσουμε ή να τα ανοίξουμε όπως σε μια πύλη τρανζίστορ, που σημαίνει ότι θα μπορούσαμε να τα χρησιμοποιήσουμε για σχετικά σύνθετες επιχειρήσεις,” είπε ο Zhang.

Ενώ οι υπολογισμοί δείχνουν ότι τα συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για υπολογισμούς, θα ήταν πιο χρήσιμα στο πεδίο της μαλακής ρομποτικής. Η ομάδα πιστεύει ότι θα μπορούσαν να δημιουργήσουν μαλακή ρομποτική που θα εκτελεί κάποια από τη “σκέψη” της με τη βοήθεια των ενεργών υγρών κρυστάλλων.

Ελπίζουν επίσης ότι τα τοπολογικά ελαττώματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά μικρών ποσοτήτων υγρού ή άλλων υλικών μέσα σε μικρές συσκευές.

“Για παράδειγμα, ίσως θα μπορούσαμε να εκτελέσουμε λειτουργίες μέσα σε μια συνθετική κυτταρική,” είπε ο Zhang.

Η ερευνητική ομάδα περιλαμβάνει επίσης τον συν-συγγραφέα και μεταδιδακτορικό ερευνητή Ali Mozaffari από το UChicago. Η ομάδα θα εργαστεί τώρα για να διεξάγει πειράματα για να επιβεβαιώσει θεωρητικές ευρήματα.